氫科學(xué)
氫氣可以預(yù)防細(xì)胞脫水氧化損傷？看看研究結(jié)果如何？
發(fā)布日期：2023-03-23 瀏覽次數(shù)（）
常言說，水是生命之母。缺水可以導(dǎo)致嚴(yán)重問題，細(xì)胞缺水可以表現(xiàn)為氧化損傷。氫氣具有抗氧化作用，過去對近200種疾病和損傷進(jìn)行研究，提示氫氣是一種廣譜抗氧化物質(zhì)。
不過氧化損傷是一種及其常見的損傷類型，幾乎所有疾病都會涉及。過去沒有對氫氣脫水氧化損傷保護(hù)的研究，日本齒科大學(xué)學(xué)者最近對這一問題進(jìn)行研究，結(jié)果再次證明氫水預(yù)處理能保護(hù)脫水導(dǎo)致的細(xì)胞嚴(yán)重?fù)p傷，減少脫水導(dǎo)致的細(xì)胞活性氧增加，預(yù)防脫水導(dǎo)致的細(xì)胞膜破裂。這一最新研究論文發(fā)表在開放雜志《Hydrogen》上。
Xiao L, Miwa N. Hydrogen-Rich Water Prevents Dehydration-Induced Cellular Oxidative Stress and Cell Death in Human Skin Keratinocytes[J]. Hydrogen, 2022, 3(1): 62-71.當(dāng)生物體沒有足夠的水來進(jìn)行正常功能時(shí)就會發(fā)生脫水。在缺水期間，細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)的形成增加。過度產(chǎn)生的ROS會導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)變性和核酸改變。這些氧化損傷導(dǎo)致體外和體內(nèi)細(xì)胞嚴(yán)重受損。皮膚表皮是防止身體脫水的第一道屏障。這一屏障功能主要由表皮的主要細(xì)胞——角化細(xì)胞提供。然而，在細(xì)胞和分子水平上，對脫水誘導(dǎo)的角質(zhì)形成細(xì)胞的病理改變知之甚少。
超氧陰離子(O2??)、羥基自由基(?OH)和過氧化氫(H2O2)是已知的ROS的有毒化學(xué)物質(zhì)。氫分子(H2)作為一種新型抗氧化劑，能將有毒的ROS、羥基自由基、超氧陰離子、過氧化氫轉(zhuǎn)化為無害的水。因此，理論上氫不僅可以消除脫水產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)ROS，還可以為細(xì)胞提供水分。2007年，Ohsawa等人報(bào)道了氫作為一種治療性抗氧化劑，在培養(yǎng)細(xì)胞和缺血大鼠模型中選擇性地減少細(xì)胞毒性氧自由基。此后，氫氣和富氫水(氫水)的生物活性在人體、動物模型和培養(yǎng)細(xì)胞中得到了大量研究。隨機(jī)對照臨床試驗(yàn)結(jié)果顯示，每日給予氫水可改善2型糖尿病患者的脂質(zhì)代謝和胰島素抵抗。健康成人飲用氫水可提高血清抗氧化能力，提高炎癥反應(yīng)，增強(qiáng)耐力，減輕運(yùn)動時(shí)的心理疲勞。體內(nèi)研究表明，在動物模型中飲用氫水可改善衰老相關(guān)神經(jīng)退行性疾病。
在我們之前的體外研究中，證明氫水可以減少氧化劑(如H2O2和過氧化異丙烯)誘導(dǎo)的ROS的產(chǎn)生和對人成纖維細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞的有害影響。產(chǎn)氫硅材料可抑制紫外線誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激、細(xì)胞死亡和三維皮膚等效物的膠原損失。納米氫泡沫水對豆蔻肉豆蔻酸酯(PMA;內(nèi)源性超氧陰離子和過氧化氫誘導(dǎo)劑)誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞分泌炎性細(xì)胞因子。這表明氫水可以保護(hù)皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞免受脫水誘導(dǎo)的細(xì)胞氧化應(yīng)激和損傷。然而，到目前為止，氫水對脫水誘導(dǎo)的培養(yǎng)細(xì)胞損傷的影響還有待研究。在本研究中，我們首次研究了氫水對脫水致人角質(zhì)形成細(xì)胞的細(xì)胞形態(tài)、膜完整性和細(xì)胞活力的保護(hù)作用。
為了確定脫水是否會導(dǎo)致HaCaT細(xì)胞損傷，我們首先檢測了HaCaT細(xì)胞風(fēng)干48 h后的細(xì)胞活力。圖1A顯示，空氣干燥5 min并沒有引起HaCaT細(xì)胞形態(tài)的改變，而空氣干燥10 min和20 min使HaCaT細(xì)胞膜收縮。風(fēng)干48 h后，Giemsa染色顯示，風(fēng)干10、20 min后，培養(yǎng)中心周圍細(xì)胞密度明顯降低，風(fēng)干20 min時(shí)尤為明顯(圖1B)。PrestoBlue試驗(yàn)結(jié)果表明，風(fēng)干后48 h, 氫水預(yù)處理細(xì)胞風(fēng)干5、10、20 min后的細(xì)胞存活率分別為96.5%、86.3%和27.6%(圖1C)。氫水培養(yǎng)基預(yù)處理HaCaT細(xì)胞2 h后，風(fēng)干20 min誘導(dǎo)的細(xì)胞形態(tài)變化明顯緩解，細(xì)胞活力顯著提高至對照的61.1%。這些數(shù)據(jù)表明，氫水可以減少脫水誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。數(shù)據(jù)表明，輕度脫水可誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生，中度/重度脫水可使細(xì)胞損傷。氫水預(yù)處理能顯著抑制脫水人角質(zhì)形成細(xì)胞的ROS生成、細(xì)胞膜損傷和凋亡細(xì)胞死亡。這些結(jié)果表明，氫水可用于抑制脫水引起的人體細(xì)胞的有害作用。
